智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）教案 第二章 智能制造數(shù)字化基礎(chǔ) 3.數(shù)字化工藝、加工與裝配

教案(首頁)山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院授課日期班次課時(shí)課題2.3數(shù)字化工藝2.4數(shù)字化加工裝配教學(xué)時(shí)數(shù)2【教學(xué)目標(biāo)】1、了解CAPP的概念和分類；2、掌握MPM主要解決的問題；3.掌握裝配機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。【重點(diǎn)難點(diǎn)】CAPP的分類及作用；裝配機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。【教具、參考書】《智能制造基礎(chǔ)與應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學(xué)過程】教案紙山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院第3頁第三節(jié)數(shù)字化工藝一、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)1.CAPP的概念提出問題：什么叫做CAPP？問題回答：計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（computeraidedprocessplanning,CAPP），是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機(jī)械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設(shè)計(jì)效率低、一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定、不易達(dá)到優(yōu)化等問題。也是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝師完成零件從毛胚到成品的設(shè)計(jì)和制造過程。2.CAPP的發(fā)展歷史CAPP的起源：CAPP的開發(fā)、研制是從60年代末開始的，在制造自動(dòng)化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個(gè)CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-Ⅰ于1976年推出的CAM-Ⅰ'SAutomatedProcessPlanning系統(tǒng)。取其字首的第一個(gè)字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對(duì)CAPP這個(gè)縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。我國CAPP發(fā)展情況：我國對(duì)CAPP的研究始于80年代初，迄今為止，在國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議、刊物上發(fā)表的CAPP系統(tǒng)已有50多個(gè)，但被工廠、企業(yè)正式應(yīng)用的系統(tǒng)只是少數(shù)，真正形成商品化的CAPP系統(tǒng)還不多。手工進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)：*根據(jù)產(chǎn)品圖紙，分析產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及技術(shù)要求；*了解產(chǎn)品生產(chǎn)的綱領(lǐng)及批量；*進(jìn)行工藝決策，確定加工方法和工藝路線；*按企業(yè)的實(shí)際情況，具體確定機(jī)床設(shè)備、切削用量、工藝裝備以及工時(shí)定額；*按規(guī)定格式生成正式工藝規(guī)程。計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的基本原理正是基于人工設(shè)計(jì)的過程及需要解決的問題而提出的：首先，產(chǎn)品零件的數(shù)據(jù)信息應(yīng)能利用，并建立零件信息的數(shù)據(jù)庫；其次，工藝人員的工藝經(jīng)驗(yàn)、工藝知識(shí)能夠得到充分的利用和共享；第三，制造資源、工藝參數(shù)等以適當(dāng)?shù)男问浇⒅圃熨Y源和工藝參數(shù)庫；第四，充分利用標(biāo)準(zhǔn)（典型）工藝生成新的工藝文件。3.目前CAPP系統(tǒng)的分類（1）派生式CAPP系統(tǒng)建立在成組技術(shù)（GT）的基礎(chǔ)上，它的基本原理是利用零件的相似性即相似零件有相似工藝規(guī)程。一個(gè)新零件的工藝規(guī)程是通過檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的工藝規(guī)程并加以篩選或編輯而成的。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的是一些標(biāo)準(zhǔn)工藝過程和標(biāo)準(zhǔn)工序；從設(shè)計(jì)角度看，與常規(guī)工藝設(shè)計(jì)的類比設(shè)計(jì)相同，也就是用計(jì)算機(jī)模擬人工設(shè)計(jì)的方式，其繼承和應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)工藝。如圖2-30所示。派生式系統(tǒng)必須有一定量的樣板（標(biāo)準(zhǔn)）工藝文件，在已有工藝文件的基礎(chǔ)上修改編制生成新的工藝文件。（2）創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)創(chuàng)成式系統(tǒng)的工藝規(guī)程是根據(jù)程序中所反映的決策邏輯和制造工程數(shù)據(jù)信息生成的，這些信息主要是有關(guān)各種加工方法的加工能力和對(duì)象，各種設(shè)備及刀具的適用范圍等一系列的基本知識(shí)。工藝決策中的各種決策邏輯存入相對(duì)獨(dú)立的工藝知識(shí)庫，供主程序調(diào)用。向創(chuàng)成式系統(tǒng)輸入待加工零件的信息后，系統(tǒng)能自動(dòng)生成各種工藝規(guī)程文件，用戶不需或略加修改即可。如圖2-31所示。創(chuàng)成式系統(tǒng)不需要派生法中的樣板工藝文件，在創(chuàng)成系統(tǒng)中只有決策邏輯與規(guī)則，系統(tǒng)必須讀取零件的全面信息，在此基礎(chǔ)上按照程序所規(guī)定的邏輯規(guī)則自動(dòng)生成工藝文件。（3）綜合式CAPP系統(tǒng)綜合式系統(tǒng)是將派生式、創(chuàng)成式與人工智能結(jié)合在一起，綜合而成。國內(nèi)商品化的CAPP系統(tǒng)分類：（1）使用Word、Excel、AutoCAD或再開發(fā)的CAPP系統(tǒng)：此類CAPP系統(tǒng)所生成的工藝文件是以文本文件的形式存在，無法生成工藝數(shù)據(jù)，更談不上工藝數(shù)據(jù)的管理。（2）常規(guī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：工藝卡片使用Form、Report或在AutoCAD上繪制卡片的CAPP系統(tǒng)。此類CAPP系統(tǒng)所生成的工藝卡片是由程序設(shè)計(jì)生成的，工藝卡片的填寫無法實(shí)現(xiàn)所見所得，如果企業(yè)的卡片形式需要更新的話就需要更改源程序。（3）注重卡片的生成，但工藝數(shù)據(jù)的管理功能較弱的CAPP系統(tǒng)：此類CAPP系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)是分散在各個(gè)工藝卡片當(dāng)中的，很難做到對(duì)工藝數(shù)據(jù)的集中管理。（4）采用“所見所得”的交互式填表方式+工藝數(shù)據(jù)管理、集成的綜合式CAPP系統(tǒng)：此類CAPP系統(tǒng)的填表方式更符合工藝設(shè)計(jì)人員的工作習(xí)慣，方便地與企業(yè)的PDM系統(tǒng)集成，管理產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)，并為MRPⅡ、MIS等系統(tǒng)提供有效的生產(chǎn)和管理用的工藝數(shù)據(jù)。4.發(fā)展CAPP技術(shù)的意義工藝設(shè)計(jì)工程師具備要素：*具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；*熟知企業(yè)的各種設(shè)備的使用情況；*熟知企業(yè)內(nèi)各種生產(chǎn)工藝方法；*熟知企業(yè)內(nèi)各種與生產(chǎn)加工有關(guān)的規(guī)范；*熟知與生產(chǎn)管理有關(guān)的各種規(guī)章制度；*能與有關(guān)各方保持友好協(xié)作。工藝設(shè)計(jì)工程師現(xiàn)狀：具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工藝工程師，在發(fā)達(dá)國家常常感到人數(shù)不足。在美國，工藝設(shè)計(jì)人員一般年齡在40歲以上，并有豐富的生產(chǎn)車間工作經(jīng)驗(yàn)；在英國，工藝工程師平均年齡為55歲。通過對(duì)年齡數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，反映了工藝設(shè)計(jì)要求工藝工程師有多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)缺點(diǎn)：（1）對(duì)工藝設(shè)計(jì)人員要求高（2）工作量大，效率低下（3）無法利用CAD的圖形、數(shù)據(jù)（4）難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（5）信息不能共享5.國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用CAPP技術(shù)的現(xiàn)狀（1）大部分企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)仍然采用手工設(shè)計(jì)的方式，CAPP的應(yīng)用仍是空白。（2）部分企業(yè)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAD的應(yīng)用較為普及以后，工藝設(shè)計(jì)成為企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)。（3）部分企業(yè)已充分認(rèn)識(shí)到工藝設(shè)計(jì)的重要性，并購買了部分商品化的CAPP系統(tǒng)，但由于企業(yè)對(duì)CAPP的認(rèn)識(shí)還存在一些誤區(qū)，因此，CAPP的應(yīng)用還不盡如人意。二、制造過程管理概念：造過程管理（ManufacturingProcessManagement，簡寫為MPM），是一種貫穿計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造和管理全過程的協(xié)同工作環(huán)境，旨在對(duì)生產(chǎn)過程中的工藝信息進(jìn)行協(xié)調(diào)的統(tǒng)一管理。MPM解決主要作用：主要解決了生產(chǎn)管理部門在制造過程中復(fù)雜工藝過程的管理問題，應(yīng)用在制造工藝管理中的各個(gè)階段，包括規(guī)劃階段和工程階段。在這些階段中，系統(tǒng)采用其本身的計(jì)劃工具、運(yùn)營過程仿真優(yōu)化工具、工程工具、裝配仿真、質(zhì)量控制工具等來仿真和優(yōu)化制造過程，同時(shí)又可以使用支持協(xié)同作業(yè)的瀏覽器工具等對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理。通過與CAD、PDM、ERP系統(tǒng)的集成和交互，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)的共享。三、案例分析1.案例基本情況ARJ21是AdvancedRegionalJetforthe21stCentury的簡稱，是70~90座級(jí)的中、短航程支線飛機(jī)，擁有國內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，按照世界上最新技術(shù)設(shè)計(jì)，研制過程中全面采用數(shù)字化技術(shù)是該新支線的又一特點(diǎn)。同時(shí)，并行工程技術(shù)的充分應(yīng)用，從飛機(jī)總體方案起，設(shè)計(jì)部門、工藝部門、項(xiàng)目管理部門等各部門就介入進(jìn)去。中央翼組件結(jié)構(gòu)是飛機(jī)中最重要的結(jié)構(gòu)件之一，是整個(gè)飛機(jī)的最重要的承力結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是西飛承擔(dān)ARJ21飛機(jī)的最重要裝配件。其裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配工藝技術(shù)要求較高。ARJ21中央翼組件裝配具有如下特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)過程工藝性復(fù)雜，專業(yè)水平要求高，原理性知識(shí)需要掌握、熟悉，才能完成所承擔(dān)的工序。（2）采取的國外先進(jìn)工藝方法和手段，很多工序的完成需要工裝設(shè)備的保障。（3）手工作業(yè)性強(qiáng)，即裝配過程靠人在飛機(jī)上手工將成品、零組件、材料、標(biāo)準(zhǔn)件、電纜導(dǎo)管組成系統(tǒng)而完成整機(jī)的裝配過程。（4）生產(chǎn)過程需要協(xié)調(diào)的問題、協(xié)調(diào)的單位多，部分問題的出現(xiàn)無法準(zhǔn)確地確定，依靠原理、經(jīng)驗(yàn)判斷問題的所在，需要協(xié)調(diào)和協(xié)助解決的工作多。（5）生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)周期相對(duì)比較長，批生產(chǎn)周期為45天左右，新機(jī)生產(chǎn)為4個(gè)月左右。（6）生產(chǎn)過程中對(duì)生產(chǎn)條件依賴性較強(qiáng)，零組件、標(biāo)準(zhǔn)件的配套，成品材料供應(yīng)等直接制約著生產(chǎn)周期，缺一不可。2.案例分析目前國內(nèi)整個(gè)飛機(jī)制造過程中處于重要地位的飛機(jī)裝配過程基本沿襲了數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞相結(jié)合的工作模式，裝配工藝的設(shè)計(jì)主要采用計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAPP系統(tǒng)進(jìn)行，但仍然停留在二維產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，與CAD系統(tǒng)沒有建立緊密的聯(lián)系，更談不上與設(shè)計(jì)的協(xié)同工作，無法將裝配工藝過程、裝配零件及與裝配過程有關(guān)的制造資源緊密結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)裝配過程的仿真，無法在工藝設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行3維的虛擬工藝驗(yàn)證，零部件能否準(zhǔn)確安裝，在實(shí)際安裝過程中是否發(fā)生干涉、工藝流程、裝配順序是否合理，裝配工藝裝備是否滿足裝配需要，裝配人員及裝配工具是否可達(dá)、裝配操作空間是否具有開放性等一系列問題無法在裝配設(shè)計(jì)階段得到有效驗(yàn)證。上述任一環(huán)節(jié)在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)問題都將影響飛機(jī)的研制周期，造成費(fèi)用的損失。3.解決方案應(yīng)用DELMIA軟件系統(tǒng)解決上面問題，系統(tǒng)又包括兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的獨(dú)立軟件，DPE(DigitalProcesEngineer--數(shù)字工藝工程)和DPM(DigitalProcesManufacture--數(shù)字制造工藝)。DPE為數(shù)字化工藝規(guī)劃平臺(tái)，是產(chǎn)品工藝和資源規(guī)劃應(yīng)用的平臺(tái)。利用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初步階段產(chǎn)生的數(shù)字樣機(jī)或EBOM（工程材料表，其包括了零件、裝配件、外購件及其對(duì)應(yīng)信息——圖紙、文件、材料等等）數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品分析，工藝流程定義，制定總工藝設(shè)計(jì)計(jì)劃，工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃、工藝路線制定；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)工藝方案評(píng)估，工時(shí)分析，車間設(shè)施布局和車間的物流仿真等功能。DPM為工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃和驗(yàn)證應(yīng)用的環(huán)境。它是按照DPE中設(shè)計(jì)好的各種工藝并結(jié)合各種制造資源，以實(shí)際產(chǎn)品的3維(或數(shù)字樣機(jī))模型，構(gòu)造三維工藝過程，進(jìn)行數(shù)字化裝配過程仿真與驗(yàn)證。利用驗(yàn)證的結(jié)果可分析出產(chǎn)品的可制造性、可達(dá)性、可拆卸性和可維護(hù)性。它真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)和三維工藝數(shù)據(jù)的同步。具體項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容如下：（1）在CATIAV5中，讀入已經(jīng)設(shè)計(jì)好的ARJ中央翼產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并通過腳本文件生成該產(chǎn)品的EBOM表。（2）在DPE軟件中，將EBOM導(dǎo)入到針對(duì)西飛而特別定義的工藝設(shè)計(jì)模板中形成DPE中的產(chǎn)品信息表。將已定義好的相關(guān)資源（如廠房、工裝，人等）加入到DPE環(huán)境中形成資源信息表。并且根據(jù)實(shí)際裝配工藝，在DPE中構(gòu)建詳細(xì)裝配工藝信息表，同時(shí)將與該工藝有關(guān)的產(chǎn)品和資源加入到該工藝中。最后將規(guī)劃好裝配工藝存入PPRHub數(shù)據(jù)庫中。該軟件可以各裝配工藝模型和裝配型架、夾具、工廠等制造資源三維模型，按照確定的裝配流程進(jìn)行全面的工藝布局設(shè)計(jì)和三維數(shù)字化裝配工廠仿真，進(jìn)行生產(chǎn)能力的平衡分析，并不斷對(duì)工藝布局和裝配流程進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。（3）通過PPRHUB數(shù)據(jù)庫，將DPE中設(shè)計(jì)好的工藝過程導(dǎo)入DPM中進(jìn)行詳細(xì)的3維的工藝驗(yàn)證和仿真。在DPM軟件中主要完成的主要內(nèi)容包括：1）裝配順序的仿真利用已有的裝配工藝流程信息（Process）、產(chǎn)品信息（Product），資源信息（Resource）在定義好每個(gè)零件的裝配路徑的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程的三維動(dòng)態(tài)仿真，從而發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程中裝配順序設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤。如圖2-35所示。2）裝配干涉的仿真在對(duì)裝配順序仿真過程中對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行干涉檢查。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)它們之間存在干涉情況時(shí)予以報(bào)警，并示出干涉區(qū)域和干涉量，幫助工藝設(shè)計(jì)人員查找和分析干涉原因。如圖2-36所示。3）產(chǎn)品和制造資源的仿真在裝配順序仿真的基礎(chǔ)上，引入工裝等制造資源的三維實(shí)體模型，對(duì)產(chǎn)品和制造資源進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品與制造資源發(fā)生干涉的問題。4）人機(jī)工程仿真在產(chǎn)品與制造資源的仿真的基礎(chǔ)上，再將定義好的三維人體模型放入該環(huán)境中進(jìn)行人體和其所制造、安裝、操作與維護(hù)的產(chǎn)品之間互動(dòng)關(guān)系的動(dòng)態(tài)仿真，以分析操作人員在該環(huán)境下工作的姿態(tài)、負(fù)荷等，進(jìn)而修改和優(yōu)化工藝流程和制造資源，以高效裝配和以人為本的原則。5）裝配過程的記錄利用以上裝配過程的三維數(shù)字化仿真功能，將整個(gè)裝配過程記錄下來，形成可以播放的影片格式，指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員進(jìn)行飛機(jī)裝配，實(shí)現(xiàn)可視化裝配，同時(shí)也可以對(duì)飛機(jī)維護(hù)人員進(jìn)行上崗的培訓(xùn)幫助，幫助操作人員直觀了解操作全過程。6）生成相關(guān)文檔整個(gè)裝配仿真過程經(jīng)驗(yàn)證無誤后，可以按照需要，定制生成相關(guān)的文檔。通過中央翼數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與過程仿真驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)中央翼總裝型架和中央翼總裝工作梯的設(shè)計(jì)存在如下需要設(shè)計(jì)改進(jìn)的方面。（1）中央翼總裝工作梯立柱位置不合理。一般情況下，操作人員是雙手端著工具盒上到型架上，而原始設(shè)計(jì)的工作立柱恰好擋住了操作人員上到型架上的路徑。（2）操作人員從地面上到型架上，型架地板面距地面距離約500mm，以操作人員平均身高1720mm分析，其右腿抬得過高，此時(shí)人會(huì)失其重心。（3）操作人員拿著工具上到中央翼上翼面工作，型架工作梯距上翼面邊緣有730mm距離,操作人員來回行走存在不安全隱患。（4）操作人員拿著工具鉆進(jìn)中央翼里工作的仿真圖片，我們可以看到這個(gè)姿勢(shì)很不舒服，右腿與上部軀體夾角106.532deg,，接近極限113deg，工作環(huán)境極為惡劣。第四節(jié)數(shù)字化加工與裝配一、數(shù)控加工設(shè)備1.數(shù)控加工的基本概念數(shù)控加工概念：指由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運(yùn)動(dòng)，以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術(shù)要求和加工工藝要求進(jìn)行的加工。它泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝過程。2.數(shù)控加工的特點(diǎn)（1）自動(dòng)化程度高（2）加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定（3）對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)（4）生產(chǎn)效率高（5）易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)3.數(shù)控加工設(shè)備的分類（1）按工藝用途分類：1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床：分別有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心。2）金屬成形類及特種加工類數(shù)控機(jī)床：它是指金屬切削類以外的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成形機(jī)床等等都是這一類數(shù)控機(jī)床。(2)按運(yùn)動(dòng)方式分類：1）定位控制數(shù)控機(jī)床：它是指能控制刀具相對(duì)于工件的精確定位控制系統(tǒng),而在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中不能進(jìn)行任何加工。2）直線運(yùn)動(dòng)控制數(shù)控機(jī)床:它是指控制機(jī)床工作臺(tái)或刀具以要求的進(jìn)給速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸或兩軸的方向進(jìn)行直線或斜線移動(dòng)和切削加工的機(jī)床。3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床:它是指能實(shí)現(xiàn)兩軸或兩軸以上的聯(lián)動(dòng)加工，而且對(duì)各坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制，具有這種控制功能的數(shù)控機(jī)床。(3)按控制方式分類：1）開環(huán)控制系統(tǒng)：它是指沒有位置檢測(cè)反饋裝置的控制方式。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉，但難以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的快速控制。廣泛應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)低扭矩、高精度、速度中等的小型設(shè)備德驅(qū)動(dòng)控制中，特別在微電子生產(chǎn)設(shè)備中。2）半閉環(huán)控制系統(tǒng)：它是指在電動(dòng)機(jī)軸或絲桿的端部裝有角位移、角速度檢測(cè)裝置，通過位置檢測(cè)反饋裝置反饋給數(shù)控裝置的比較器與輸入指令比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。特點(diǎn)是調(diào)試方便、良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)緊湊，但在機(jī)械傳動(dòng)鏈的誤差無法得校正或消除。目前采用滾珠絲扛螺母機(jī)構(gòu)有很好的精度和精度保持性和采取看可靠的、消除反向運(yùn)動(dòng)間隙的機(jī)構(gòu)，可以滿足大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床用戶。因此被廣泛的采用且成為首選的控制方式。3）閉環(huán)控制系統(tǒng)：是在機(jī)床最終的運(yùn)動(dòng)部件的相應(yīng)位置安裝直線或回轉(zhuǎn)式檢測(cè)裝置，將直接測(cè)量到的位移或角位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入指令位移量比較，用差值控制運(yùn)動(dòng)部件。優(yōu)點(diǎn)是將機(jī)械傳動(dòng)鏈的全部環(huán)節(jié)都包含在閉環(huán)內(nèi)，精度取決于檢測(cè)裝置的精度，超過半閉環(huán)系統(tǒng)。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、對(duì)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)鏈要求嚴(yán)格，不然會(huì)引起振蕩，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(4)按功能水平分類：一般把數(shù)控機(jī)床分為精密型、普通型、經(jīng)濟(jì)型。4.先進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備介紹數(shù)控加工設(shè)備向著高精度、高效率、復(fù)合型、智能型和網(wǎng)絡(luò)與開放方面發(fā)展。（1）高精度精度是機(jī)床區(qū)別于其他機(jī)械的特質(zhì)所在，是機(jī)床業(yè)界和用戶永恒追求的目標(biāo)。多種現(xiàn)代綜合技術(shù)的應(yīng)用與精益求精的制造方式與管理模式，將機(jī)床的幾何精度、控制精度、加工精度推向微米、亞微米級(jí)新高度，有力促進(jìn)了全球制造業(yè)日趨精密化制造的發(fā)展趨勢(shì)。（2）高效率效率是效益的基礎(chǔ)，是衡量任何裝備品質(zhì)的基本要素之一?，F(xiàn)代機(jī)床通過多種自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)將機(jī)床的效率提到很高的程度，但新的增效措施仍在創(chuàng)新中不斷涌現(xiàn)，目前發(fā)展趨勢(shì)主要集中在機(jī)器人與機(jī)床的結(jié)合、多軸多刀多工位加工、減少輔助時(shí)間等方面發(fā)展。（3）復(fù)合加工得益于高檔數(shù)控系統(tǒng)強(qiáng)大的控制能力、日益精湛的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，復(fù)合機(jī)床以其強(qiáng)大的工藝、工序集約復(fù)合能力，順應(yīng)了一機(jī)多能、多品種、小批量、一次裝卡完成全部加工的個(gè)性化市場需求，越來越受到市場和用戶的歡迎，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，呈現(xiàn)一派方興未艾之勢(shì)?！耙慌_(tái)機(jī)床一個(gè)車間”已經(jīng)不是夢(mèng)想，而是實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)實(shí)。（4）智能化智能化是自控技術(shù)的高級(jí)發(fā)展形態(tài)，是現(xiàn)代科技與人工智能相互融合的產(chǎn)物。智能技術(shù)所要面對(duì)和解決的，是復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下加工過程中眾多動(dòng)態(tài)隨機(jī)的、不確定的、以前只能通過停機(jī)并人工干預(yù)才能解決的問題，如工作環(huán)境變化、材料變化、工件質(zhì)量、尺寸、形狀、位置的變化、刀具磨耗變化、切削條件變化、工藝系統(tǒng)剛度變化等因素或多因素綜合效應(yīng)引發(fā)的問題，自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，通過自我感知、自我決策、自我執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)加工過程的自適應(yīng)控制，達(dá)到提高加工品質(zhì)、效率、效益以及降低操作難度等目的?，F(xiàn)代機(jī)床所具有的智能技術(shù)，已經(jīng)大大改變了人們對(duì)傳統(tǒng)“機(jī)械”的認(rèn)知和感受，人機(jī)關(guān)系日漸密切友好，人機(jī)相互作用效果更加明顯。（5）網(wǎng)絡(luò)與開放以網(wǎng)絡(luò)化、信息化為主要特征的第四次工業(yè)革命，首當(dāng)其沖要求作為制造業(yè)基礎(chǔ)的數(shù)控機(jī)床，改變單純作為生產(chǎn)制造末端的封閉角色，具有PC那樣的開放性，成為某一信息化制造系統(tǒng)或某一云系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元和信息節(jié)點(diǎn)。這就要求現(xiàn)代機(jī)床成為信息的互通者和信息的使用者，信息的互通需要具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，信息的使用需要各類應(yīng)用軟件和開放兼容的應(yīng)用環(huán)境?，F(xiàn)代機(jī)床在這些方面正在發(fā)生巨大的變化，成為新的競爭焦點(diǎn)。二、工業(yè)機(jī)器人與數(shù)字化裝配機(jī)器人技術(shù)概念：綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。機(jī)器人是一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)的，并具有編程能力的多功能機(jī)械手。工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。裝配概念：是產(chǎn)品生產(chǎn)的后續(xù)工序，在制造業(yè)中占有重要地位，在人力、物力、財(cái)力消耗中占有很大比例，作為一項(xiàng)新興的工業(yè)技術(shù)，機(jī)器人裝配應(yīng)運(yùn)而生。1.國內(nèi)裝配機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國已研制出精密型裝配和實(shí)用型裝配機(jī)器人主要案例：1.廣東吊扇電機(jī)機(jī)器人自動(dòng)裝配線，小型電器機(jī)器人自動(dòng)裝配線，以及自動(dòng)導(dǎo)引汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線，精密機(jī)芯機(jī)器人自動(dòng)裝配線等機(jī)器人示范應(yīng)用工程。2.大連賢科機(jī)器人技術(shù)有限公司”與國內(nèi)5家高校、科研所合作，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列化模塊化直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)；開發(fā)出兩個(gè)系列共4種規(guī)格的平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人；開發(fā)出兩種類型3個(gè)系列的直線運(yùn)動(dòng)單元以及由此組成的直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人；研制出基于開放式體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器?！百t科”自主開發(fā)的裝配機(jī)器人已在家電、電子儀表、輕工等行業(yè)得到初步應(yīng)用。3.上海交通大學(xué)研制的“精密一號(hào)裝配機(jī)器人”，是一臺(tái)帶有多傳感器和多任務(wù)操作系統(tǒng)、可離線編程的高速、高精度、四軸SCARA平面關(guān)節(jié)式智能精密裝配機(jī)器人。裝配機(jī)器人屬于高、精、尖的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其自主開發(fā)一直受到國家863智能機(jī)器人主題專家們的關(guān)注，必將取得更大的突破。2.國外裝配機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀美、日、西歐的制造業(yè)中約40％的勞動(dòng)力用于裝配，西德電子工業(yè)產(chǎn)品總成本的50—70％是裝配。裝配機(jī)器人是高質(zhì)量、高柔性、高效率完成自動(dòng)裝配的理想手段。所以裝配機(jī)器人得到迅速發(fā)展，如美國工業(yè)界Delphi法調(diào)查表明到2000年應(yīng)用于裝配和檢驗(yàn)的機(jī)器人銷售臺(tái)數(shù)將從1985年占工業(yè)機(jī)器人總數(shù)16％猛增到35％。日本裝配機(jī)器人的增長比任何其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人都快，增長速度比歐洲和美國更快。日本裝配機(jī)器人的增長臂人和其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人都快，增長速度比歐洲和美國更快。日本機(jī)器人的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域在裝配工段，1985年裝配機(jī)器人已達(dá)15800臺(tái)，是焊接機(jī)器人的兩倍，成為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用最多的機(jī)器人。1995年為33500臺(tái)，產(chǎn)值為2590—3000億日元。到2004年，達(dá)到55000臺(tái)，產(chǎn)值4200—5100億日元。這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他領(lǐng)域機(jī)器人的發(fā)展速度。為世界所矚目。日本作為機(jī)器人王國，各產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的機(jī)器人總數(shù)占世界的40％。其中裝配機(jī)器人近年來異軍突起，發(fā)展迅速。據(jù)日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，在1982—1991年的10年中，日本用于裝配作業(yè)的機(jī)器人臺(tái)數(shù)為177500臺(tái)，居工程應(yīng)用數(shù)量之首。據(jù)日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，日本裝配機(jī)器人1980年左右首次達(dá)到最高點(diǎn)。生產(chǎn)臺(tái)數(shù)為2849臺(tái)。產(chǎn)值2497億日元，以后又呈上升趨勢(shì)。目前，日本應(yīng)用的裝配機(jī)器人的主要型號(hào)有：直角坐標(biāo)型、水平多關(guān)節(jié)型、垂直多關(guān)節(jié)型及圓柱坐標(biāo)型等。據(jù)日本產(chǎn)業(yè)機(jī)器人協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)。在日本制造業(yè)。裝配機(jī)器人的需求逐年上升。3.裝配機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)（1）裝配機(jī)器人的精確定位

（2）裝配機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制（3）檢測(cè)傳感技術(shù)（4）裝配機(jī)器人系統(tǒng)軟件研制（5）裝配機(jī)器人控制器的研制（6）裝配機(jī)器人的圖形仿真技術(shù)（7）裝配機(jī)器人柔順手腕的研制三、案例分析1.機(jī)器人自動(dòng)化切割切割機(jī)器人能滿足切割零件高精度的要求，完成高質(zhì)量工作，它包括火焰切割、等離子切割和激光切割等。另外，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)壁板的自動(dòng)化修邊。飛機(jī)壁板件在加工成型時(shí)總要留有一定的余量，在裝配前根據(jù)具體配合關(guān)系進(jìn)行切邊修整。采用工業(yè)智能機(jī)器人能夠更高效、更便捷、更精準(zhǔn)地完成零組件切邊工作。2.機(jī)器人自動(dòng)制孔與連接裝配過程中的零組件裝配、部件裝配和部件對(duì)接裝配過程都需要進(jìn)行大量的制孔、鉚接等連接工作。機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆鉚、焊接等工作，并逐漸應(yīng)用于裝配中。例如在大型飛機(jī)機(jī)身壁板上進(jìn)行連接，采用人工鉆鉚方式完成數(shù)以萬計(jì)的緊固件制孔、鉚接非常耗時(shí)耗力，而采用機(jī)器手帶動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器，或采用爬行機(jī)器人可以輕松實(shí)現(xiàn)，并且效率是人工的6~